UPS電源及重要用戶保障方案探討

邵省平

（西安電信分公司設備維護中心，陜西 西安710004）

隨著微型機算機應用的日益普及和信息處理技術的不斷發展，在通信行業中的數據核心設備、計費系統、核心網、IDC核心服務器等設備對高品質的供電提出了越來越嚴格的要求。在微型計算機運行期間供電中斷，將會導致隨機存儲器中數據的丟失和程序破壞，造成計費丟失，有時甚至會使磁盤盤面及磁頭遭到損壞，造成難以彌補的損失。在目前廣泛使用的微型機算機中，其內部供電系統都裝有高速欠壓保護電路，當電網欠壓時，微機靠儲存在濾波電容中的能量來維持工作，一般能維持半個周期（10 ms）左右。為了避免存儲器中數據的丟失，這就要求一旦市電發生瞬時斷電時，必須要有一種電源系統能在小于10 ms的時間間隔內重新送電（通信行業的核心設備要求瞬時斷電時間小于4 ms），以保證微機系統的正常運行。微機除了要求供電系統具有連續可靠性之外，還要求市電的輸出應保持良好的正弦波波形，而且不帶干擾。交流市電電網波動較大，嚴重的干擾常常會造成計算機的計算錯誤和數據丟失，并導致數據通訊處理系統的損壞，給通信用戶造成重大損失，因此，必須采用高供電質量的UPS電源。

1 UPS不間斷電源

1.1 UPS組成

UPS是不間斷電源（uninterruptible power system）的英文簡稱，是能夠提供持續、穩定、不間斷的電源供應的重要外部設備，它由整流器（AC/DC）、逆變器（DC/AC）、蓄電池、靜態開關組成的。

1.2 UPS的功能

在市電供電時，UPS系統輸出無干擾的工頻交流電；當市電掉電時，UPS系統由蓄電池供電，并輸出純凈的交流電。隨著計算機網絡結構的擴展，現在網絡中應用的UPS不再只是單純的電源設備，而逐步成為整個網絡中電源的管理中心，UPS由最初單純不間斷供電已發展到今天的智能化、多功能。新型的UPS本身融合了多種新技術，UPS不僅是提供不間斷電源的工具，而且當負載設備無人值守時，當市電故障后，UPS可以按照事先的約定順序關機，甚至還可以自動發傳呼或E－mail給管理者。現代的UPS與服務器上的軟件協同工作，還能實現事件記錄、故障告警、UPS參數自動測試分析、調節等多項功能，提供了完全的電源管理解決方案。現在有些UPS甚至可以對環境溫度、濕度和煙霧等進行監視。

2 幾種UPS工作原理

2.1 在線式UPS

在線式UPS電路結構如圖1。當市電正常供電時，市電經UPS濾波吸收回路后，經整流回路對電池組充電，同時整流器的輸出作為逆變器的輸入，再經過變流器的轉換提供凈化過的交流電力給負載使用。若市電發生異常，則逆變器的輸入改由電池組來供應，逆變器持續提供電力，達到完全不斷電的目地。由此可知，在線式UPS系統的輸出完全由變流器來供應，不論市電電力品質如何，其輸出均是穩定且純凈的正弦波電源。

圖1 在線式UPS電路結構

2.2 在線互動式UPS

在線互動式UPS電路結構如圖2。這種不間斷電源主要由市電、整流器、蓄電池、逆變器、三端口變壓器組成。當市電正常時，它經一條交流旁路直接向負載供電；當市電電壓在150～180 V或240～276 V范圍內時，它經由變壓器調壓向用戶提供經過簡單處理的市電（這時用戶實際使用的仍然是來自一般市電）；對于這種UPS來說只有當市電電壓低于150 V或高于276 V時，它才向用戶提供真正的“UPS逆變器高質量的正弦波電源”。

由此可見，這類UPS逆變器一直處于工作狀態，但從逆變器的角度來說，它又是處于非在線狀態。逆變器具有兩用性，即互動性，所以稱為在線互動式或者說是準在線式。

圖2 在線互動式UPS電路結構

2.3 后備式UPS

后備式UPS電路結構如圖3。對于這種UPS來說，當市電電壓在170～270 V的范圍內時，它經由變壓器調壓向用戶提供經過簡單處理的市電（這時用戶實際使用的仍然是來自一般市電）；對于這種UPS來說只有當市電電壓低于170 V或高于270 V時，它才向用戶提供真正的“UPS逆變器高質量的正弦波電源”。

圖3 后備式UPS電路結構

2.4 UPS電源逆變切換時間比較

旁路開關切換時間要短、備用時間要長、恢復時間要快。

在線式UPS，從市電供電到市電中斷的過程中，UPS電源對負載供電的轉換時間為零。

互動式UPS，從市電供電向逆變器供電進行轉換時對負載而言，它約有4 ms左右的中斷供電，但其中斷時間小于微型機算計所允許的10 ms要求。

后備式UPS，從市電供電向逆變器供電進行轉換時對負載而言，它約有4 ms～12 ms左右的中斷供電。

結論：如果按技術性能的優劣來排序的話，其順序應為：在線式UPS＞在線互動式UPS＞后備式UPS。

目前通信行業所用的均為在線式UPS。

3 在線式UPS并機運行方式

目前通信機房普遍采用的UPS運行方式，為兩臺（或兩臺以上）并列式UPS系統，旁路電源均由市電引入，兩臺并列式運行的UPS設備總輸出負荷，不能超過一臺UPS設備輸出的額定容量。

這種兩臺并列式UPS系統運行方式的優點：當一臺設備故障時，另一臺設備承擔給負載供電任務。

這種運行方式的缺點：

a.UPS利用率低、電費高、成本高。兩臺UPS額定容量，只能當一臺使用，在提高UPS供電系統可靠性的同時，損失了UPS設備的利用率。

b.單電源設備重要用戶得不到有效保護。當UPS故障轉旁路供電時，旁路市電供電不可靠，當市電波動較大或閃斷時，會影響負載的正常運行或中斷，給用戶造成重大損失。

c.機房有效面積利用率低，機房環境控制（溫度、濕度）投資大，能耗大。同一個電源機房往往有多套并聯運行的UPS系統，各系統負載容量都只能是安裝容量的一半以下，投資成本高、利用率低，對機房有效使用面積占有率高，同時由于UPS散熱量大，對機房環境控制投資也會相應加大。

那么，有什么方法能夠在保證重要負載用電安全的前提下，提高各系統設備的利用率，減少投資、提高機房有效利用面積，降低能耗，這是個很值得探討的問題。

4 重要用戶UPS電源保障方案探討

目前中國電信集團公司要求對UPS電源系統重要用戶，保證供電方式應滿足旁路和整流為兩路不同路由電源保障。為了更好地保障重要用戶UPS電源供電，保障用戶不間斷用電，提出以下探討性保障方案，以供參考。

4.1 保障方案一

對小容量UPS電源系統重要用戶保障方案。

小容量UPS電源系統大多數為重要用戶、大的營業廳等供電，這些用戶對供電指標要求較高，不能瞬時斷電。其保障方案是：建一臺大容量UPS，將大容量UPS輸出電源，作為小容量UPS設備的旁路引入電源。當小容量UPS設備故障系統倒旁路供電時，旁路電源即為大容量UPS系統的輸出，這樣既保證了小容量UPS系統旁路電源的穩定、可靠、又延長了系統放電時間，且小容量UPS設備如果是并聯系統，該小容量UPS系統可以考慮各單臺UPS設備均在帶額定容量負荷下供電，提高了該小容量UPS系統的利用率。

注意事項：

a.市電引入方式：對于小容量UPS系統交流引入和大容量UPS設備交流引入可以來自同一臺變壓器。為了更加可靠，小容量UPS系統交流引入和大容量UPS設備交流引入應來自不同的變壓器。

b.在選擇大容量UPS設備時，應考慮該大容量UPS設備的輸出容量，應滿足小容量UPS系統容量之和，連接方式如圖4。

圖4 對小容量UPS電源系統重要用戶保障方案連接方式

4.2 保障方案二

對多套小容量UPS電源系統重要用戶保障方案。

同方案一相同，建一臺大容量UPS，將大容量UPS輸出電源，作為各小容量UPS系統設備的旁路引入電源。當某小容量UPS設備故障，系統倒旁路供電時，旁路電源即為大容量UPS的輸出，這樣就保證了該小容量UPS系統負荷的用電安全。

在選擇大容量UPS設備時，應考慮該大容量UPS設備的輸出容量，只滿足最大小容量UPS系統容量之和即可。該方案最大優勢是：

a.提高了各小系統設備的利用率，降低了能耗損失。

b.大容量UPS系統交流引入和各小容量UPS設備交流引入分別來自不同的變壓器，就更加保證了各小容量UPS系統旁路電源的穩定、可靠，又延長了系統放電時間。

c.減少了機房面積占有率。各小容量UPS系統均不需要考慮備份，避免了各小系統設備量的成倍增加，減少了機房面積占有率。

d.減少了投資成本。連接方式如圖5。

4.3 保障方案三

對由UPS電源系統供電的IDC大負荷重要用戶保障方案。

圖5 對多套小容量UPS電源系統重要用戶保障方案連接方式

對三臺并機的大負荷UPS系統，給IDC設備做重要保障供電時，如果考慮另建一套同系統UPS系統，作為該系統的保障電源，投資很大，且機房占地面積較大，不切實際。但該系統同樣重要，不能瞬時斷電，為了保障大容量UPS系統負荷的安全可靠性，其保障方案是：用一臺大容量的UPS設備輸出，作為該系統設備的旁路電源。當UPS系統某臺設備故障，系統倒旁路供電時，旁路電源即為保障UPS的輸出電源，這樣既保證了UPS系統旁路電源的穩定、可靠和用戶的安全，又節省了投資。

注意事項：

a.市電引入方式：被保障UPS系統交流引入，與作為保障設備的大容量UPS設備交流引入，應來自不同的變壓器。

b.在選擇保障設備的大容量UPS設備時，應考慮該大容量UPS設備的輸出容量，應滿足被保障UPS系統兩臺UPS容量之和。

在三臺并機的大UPS系統中，一臺UPS設備作為系統中任意一臺的備機，保障設備的大容量UPS作為該系統的保障電源，連接方式如圖6。

圖6 對由UPS電源系統供電的IDC大負荷重要用戶保障方案連接方式

5 結束語

UPS電源在通信行業保障核心設備和重要用戶方面使用的越來越多，重要性越來越強，其系統供電的安全性非常重要，直接影響著企業的信譽和利益。這就要求必須做好UPS供電系統的保障工作。所以在新建UPS系統和系統擴容時，必須考慮在確保重要用戶用電安全的同時，盡量減少投資，更好的節約能耗和提高設備利用率，減少機房面積占有率，做好規劃工作尤為重要。

［1］ 李成章，王淑芳.新型UPS不間斷電源原理與維修技術［M］.北京：電子工業出版社，1999.